NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)
Impressão artística do exoplaneta GJ 1214 b, com base nos resultados atuais. GJ 1214 b é um sub-Neptuno quente com um dia perpétuo de um lado e uma noite eterna do outro.
O Telescópio Espacial James Webb da NASA observou um planeta distante, para lá do nosso Sistema Solar – e diferente de tudo o que nele existe – para revelar o que é provavelmente um mundo altamente refletivo com uma atmosfera de vapor.
É a observação mais detalhada deste mundo misterioso, um “mini-Neptuno” que era em grande parte impenetrável a observações anteriores.
E embora o planeta, chamado GJ 1214 b, seja demasiado quente para albergar oceanos de água líquida, a água em forma de vapor pode ainda ser uma parte importante da sua atmosfera.
“O planeta está totalmente coberto por uma espécie de neblina ou camada de nuvens”, disse Eliza Kempton, investigadora da Universidade de Maryland e autora principal do novo artigo científico sobre o planeta, publicado na revista Nature.
“A atmosfera permaneceu totalmente escondida de nós até esta observação”. Kempton salientou que, se de facto for rico em água, o planeta pode ter sido um “mundo aquático”, com grandes quantidades de material aquoso e gelado na altura da sua formação.
Para penetrar uma barreira tão espessa, a equipa de investigação arriscou uma abordagem inovadora: para além de fazer a observação padrão – capturando a luz da estrela hospedeira que foi filtrada pela atmosfera do planeta – seguiram GJ 1214 b durante quase toda a sua órbita à volta da estrela.
A observação demonstra o poder do MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Webb, que vê comprimentos de onda fora da parte do espectro eletromagnético que os olhos humanos conseguem ver.
Usando o MIRI, a equipa de investigação foi capaz de criar uma espécie de “mapa de calor” do planeta à medida que orbitava a estrela.
O mapa de calor revelou – imediatamente antes da órbita do planeta o levar para trás da estrela, e quando emergiu do outro lado – tanto o seu lado diurno como o noturno, divulgando pormenores da composição da atmosfera.
“A capacidade de obter uma órbita completa foi realmente crítica para compreender como o planeta distribui o calor do lado diurno para o lado noturno”, disse Kempton.
“Há um grande contraste entre o dia e a noite. O lado noturno é mais frio do que o lado diurno”. De facto, as temperaturas passaram de 279º C para 165º C.
Uma mudança tão grande só é possível numa atmosfera composta por moléculas mais pesadas, como a água ou o metano, que parecem semelhantes quando observadas pelo MIRI.
Isto significa que a atmosfera de GJ 1214 b não é composta principalmente por moléculas de hidrogénio mais leves, disse Kempton, o que é uma pista potencialmente importante para a história e formação do planeta – e talvez para o seu início aquoso.
“Esta não é uma atmosfera primordial“, disse. “Não reflete a composição da estrela hospedeira em torno da qual se formou. Em vez disso, ou perdeu muito hidrogénio, se começou com uma atmosfera rica em hidrogénio, ou foi formada a partir de elementos mais pesados – material mais gelado e rico em água”.
Eliza M.-R. Kempton et al./Instituto Max Planck para Astronomia
Mapa de calor do exoplaneta GJ 1214 b obtido através da análise da radiação infravermelha recolhida pelo espectrógrafo MIRI do JWST. Tal como um mapa-mundo, mostra uma projeção de toda a superfície. O planeta tem sempre o mesmo lado virado para a estrela. Assim, a estrela está verticalmente acima do ponto correspondente à longitude e latitude zero. A temperatura é dada em Kelvin (0 graus Celsius = 273,15 Kelvin). Resulta da suposição de que a radiação medida provém de um corpo completamente negro sem atmosfera. A temperatura real é modificada pela influência atmosférica adicional. O sector preto a -120 graus de longitude indica uma gama de baixas temperaturas em que os dados são demasiado pouco fiáveis para que se lhes possa atribuir uma temperatura válida.
Mais frio do que o esperado
E embora o planeta seja quente para os padrões humanos, é muito mais frio do que o esperado, salientou Kempton. Isto porque a sua atmosfera invulgarmente brilhante, que foi uma surpresa para os investigadores, reflete uma grande fração da luz da sua estrela-mãe, em vez de a absorver e aquecer.
As novas observações podem abrir a porta a um conhecimento mais profundo de um tipo de planeta envolto em incerteza. Os mini-Neptunos – ou sub-Neptunos, como são designados no artigo – são o tipo de planeta mais comum na Galáxia, mas misteriosos para nós porque não ocorrem no nosso Sistema Solar.
As medições efetuadas até agora mostram que são muito semelhantes, por exemplo, a uma versão reduzida do nosso Neptuno. Para além disso, pouco se sabe.
“Durante quase uma década, a única coisa que sabíamos sobre este planeta era que a sua atmosfera era nublada ou enevoada”, disse Rob Zellem, investigador exoplanetário que trabalha com a coautora e investigadora exoplanetária Tiffany Kataria no JPL da NASA no sul da Califórnia.
“Este trabalho tem implicações muito interessantes para interpretações climáticas detalhadas adicionais – para olhar para a física detalhada que ocorre dentro da atmosfera deste planeta”.
O novo trabalho sugere que o planeta pode ter sido formado mais longe da sua estrela, um tipo conhecido como anã vermelha, e depois ter espiralado gradualmente para a sua órbita atual. O ano do planeta – uma órbita à volta da estrela – dura apenas 1,6 dias terrestres.
“A explicação mais simples, se encontrarmos um planeta muito rico em água, é que se formou mais longe da estrela hospedeira”, disse Kempton.
Serão necessárias mais observações para determinar mais pormenores sobre GJ 1214 b, bem como sobre as histórias de formação de outros planetas da classe dos mini-Neptunos.
Embora uma atmosfera aquosa pareça provável para este planeta, uma componente significativa de metano também é possível. E para tirar conclusões mais abrangentes sobre a formação dos mini-Neptunos será necessário observar mais deles em detalhe.
“Ao observar toda uma população de objetos como este, esperamos poder construir uma história consistente“, disse Kempton.
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